摘 要：通過在信息機(jī)房部署精密空調(diào)控制系統(tǒng)，讀取數(shù)據(jù)中心動(dòng)力和環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)中心實(shí)際負(fù)載和精密空調(diào)之間，搭建以空調(diào)控制系統(tǒng)為橋梁，實(shí)現(xiàn)機(jī)房恒溫恒濕精密空調(diào)工作狀態(tài)與IT設(shè)備實(shí)際負(fù)載相匹配，從而達(dá)到減小機(jī)房溫度波動(dòng)范圍，提高空調(diào)效率的目的，最終實(shí)現(xiàn)降低機(jī)房PUE（Power Usage Effectiveness，能源效率指標(biāo)），滿足數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能的要求，為現(xiàn)代化智慧醫(yī)院提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)支撐。

關(guān)鍵詞：精密空調(diào)控制系統(tǒng)；機(jī)房節(jié)能；綠色節(jié)能

1 醫(yī)院數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)使用的現(xiàn)狀

我院北京西路院區(qū)新中心機(jī)房于2016年建成，機(jī)房按照GB 50174-2008的B級(jí)機(jī)房要求建設(shè)，總面積為70平方米，按功能區(qū)域劃分可分成設(shè)備區(qū)、工作區(qū)、氣體鋼瓶區(qū)三個(gè)區(qū)域。兩路市電經(jīng)ATS輸入后，分別為兩臺(tái)80KVAUPS主機(jī)供電，系統(tǒng)采用“安-安”模式工作，可滿足兩小時(shí)供電要求。機(jī)房?jī)?nèi)包含一臺(tái)30kW顯冷量的精密空調(diào)以及2臺(tái)5P大金空調(diào)（大金空調(diào)作為備用機(jī)）。新中心機(jī)房采用冷通道下送風(fēng)技術(shù)將冷風(fēng)直接送到封閉區(qū)域內(nèi)，達(dá)到節(jié)能減排的作用。據(jù)估算，使用冷通道可將PUE從1.91降到了1.79。

當(dāng)前我院中心機(jī)房精密空調(diào)配置現(xiàn)狀主要表現(xiàn)為，在設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)房空調(diào)所選配的制冷量是匹配機(jī)房IT設(shè)備滿負(fù)載的，且一般都會(huì)留有一定的冗余量，但在機(jī)房的實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，機(jī)房的IT負(fù)載基本都是分批、分階段上架，很多機(jī)房運(yùn)行多年仍舊處于較低負(fù)載下應(yīng)用，機(jī)房空調(diào)的制冷量長(zhǎng)期過剩，存在大馬拉小車的現(xiàn)象，為使機(jī)房的溫度保持恒定，機(jī)房空調(diào)將頻繁的啟停（精密空調(diào)實(shí)際工作過程中，是采用壓縮機(jī)的“啟動(dòng)-停止”來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)房?jī)?nèi)的溫度），引起機(jī)房溫度和濕度波動(dòng)較大，也使精密空調(diào)的效率明顯降低，存在較大的能耗浪費(fèi)。故而從綠色醫(yī)院、綠色數(shù)據(jù)中心的角度，通過改造精密空調(diào)從而降低能耗，將是我們下一步需要研究的課題。

2 精密空調(diào)控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造中的應(yīng)用

2.1 醫(yī)院數(shù)據(jù)中心對(duì)精密空調(diào)的要求

醫(yī)院數(shù)據(jù)中心是醫(yī)療信息化的核心基礎(chǔ)，醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定工作是醫(yī)療工作順暢的前提和先決條件，其中電力系統(tǒng)的保障和溫濕度的保障是數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定工作的重中之重，所以一般醫(yī)院數(shù)據(jù)機(jī)房的精密空調(diào)選型基本為雙壓縮機(jī)以及2臺(tái)空調(diào)“一用一備”的方式，但無(wú)論是雙壓縮機(jī)還是“一用一備”的精密空調(diào)配置，在實(shí)際應(yīng)用中，很少有雙壓縮機(jī)同時(shí)工作或“一用一備”兩臺(tái)精密空調(diào)同時(shí)開機(jī)的情況，所以就節(jié)減排而言并未增加機(jī)房實(shí)際的電量消耗。

任何系統(tǒng)或設(shè)備的增加不應(yīng)降低原系統(tǒng)的穩(wěn)定性，尤其是控制系統(tǒng)的加入，精密空調(diào)控制系統(tǒng)的控制策略是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，必須始終遵循渦旋壓縮機(jī)的性能特點(diǎn)，通過檢測(cè)調(diào)速對(duì)壓縮機(jī)的泄露損耗、動(dòng)渦盤摩擦損耗和氣體流動(dòng)損失的模塊化節(jié)點(diǎn)參數(shù)檢測(cè)，分析結(jié)果為渦旋壓縮機(jī)的多變效率隨轉(zhuǎn)速而變化，轉(zhuǎn)速對(duì)多變效率、摩擦損耗影響極小，尤其是流動(dòng)損失占渦盤總功耗不到萬(wàn)分之一。同時(shí)壓縮機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在變工況的條件下，保證其在較寬的轉(zhuǎn)速范圍使機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)并具有較高的效率。所以在一定程度上對(duì)空調(diào)因散熱問題導(dǎo)致的故障率高和單臺(tái)空調(diào)冷量過剩，都有較大的緩解作用。并且配置精密空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)后，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)和運(yùn)行的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)冷量，可以有效減少壓縮機(jī)的啟停次數(shù)，延長(zhǎng)壓縮機(jī)壽命，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整精密空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行模式或工藝參數(shù)，逐步逼近系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)。

2.2 控制系統(tǒng)工作原理

機(jī)房精密空調(diào)本身是一個(gè)完整的制冷系統(tǒng)，各設(shè)備及介質(zhì)間的相互關(guān)聯(lián)，相互影響關(guān)系，比較復(fù)雜。根據(jù)制冷系統(tǒng)的壓焓圖分析，空調(diào)蒸發(fā)溫度升高、冷凝溫度下降，可以有效提高空調(diào)的效率。精密空調(diào)控制系統(tǒng)正是基于這一規(guī)律，通過技術(shù)手段，有效的提高了空調(diào)的蒸發(fā)溫度、降低了冷凝溫度，從而實(shí)現(xiàn)提高空調(diào)效率，降低空調(diào)能耗的目的[2]。

精密空調(diào)控制系統(tǒng)需要安裝在機(jī)房空調(diào)邊，對(duì)空調(diào)本身改動(dòng)較小，主要是在壓縮機(jī)與室內(nèi)風(fēng)機(jī)的電氣主回路上增加一套空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)。根據(jù)空調(diào)室內(nèi)風(fēng)機(jī)類型，若為AC風(fēng)機(jī)（交流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)一般是獨(dú)立工作，不受壓縮機(jī)控制）時(shí)，需要把壓縮機(jī)與室內(nèi)風(fēng)機(jī)的進(jìn)線電源拆除，接進(jìn)空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的動(dòng)力進(jìn)線，空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的動(dòng)力出線接回空調(diào)壓縮機(jī)與室內(nèi)風(fēng)機(jī)的供電回路；若為EC風(fēng)機(jī)（Embedded Controller，嵌入式控制器），僅需把壓縮機(jī)的進(jìn)線電源拆除，接入空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的動(dòng)力進(jìn)線，空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的動(dòng)力出線接回空調(diào)壓縮機(jī)的供電回路；同時(shí)，把監(jiān)測(cè)空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)線接入空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)，完成空調(diào)的改造實(shí)施，空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)不更改空調(diào)原控制系統(tǒng)的接線、控制方式，以保證系統(tǒng)增加后不影響原精密空調(diào)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

當(dāng)精密空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到溫濕度傳感器溫度值（溫濕度傳感器主要檢測(cè)空調(diào)的回風(fēng)溫度，一般可通過讀取動(dòng)力環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)或者在控制系統(tǒng)新增溫濕度傳感器實(shí)現(xiàn)）和空調(diào)本身的設(shè)定溫度值接近時(shí)，說明空調(diào)工作處于熱負(fù)荷較低的狀態(tài)。此時(shí)通過降低壓縮機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，使單位時(shí)間內(nèi)通過冷凝器和蒸發(fā)器的冷媒流量下降。從而降低冷凝溫度和提高蒸發(fā)溫度，穩(wěn)定和提升送風(fēng)的溫度精度，達(dá)到提升制冷效率、降低壓縮機(jī)功耗的效果，最終達(dá)到綠色節(jié)能的目的。

精密空調(diào)控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)房空調(diào)回風(fēng)的實(shí)際運(yùn)行溫度，判斷機(jī)房冷量的實(shí)時(shí)需求，控制精密空調(diào)降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。根據(jù)壓縮機(jī)功率、轉(zhuǎn)速公式：

P=Pm（np/nm）3

得知，壓縮機(jī)功率與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。同時(shí)在負(fù)載一定的情況下，頻率與轉(zhuǎn)速成正比，與功率為3倍的關(guān)系。頻率越高，轉(zhuǎn)速就越高，功率也提高。相反頻率降低時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速降低，而功率卻為原功率的1/3?？梢娋芸照{(diào)控制系統(tǒng)具有較高的節(jié)能效率。

在精密空調(diào)控制系統(tǒng)后端的物流連接區(qū)域內(nèi)應(yīng)配置選擇開關(guān)，選擇開關(guān)由控制系統(tǒng)獨(dú)立控制或者手動(dòng)控制。當(dāng)選擇開關(guān)切換至原模式位置時(shí)，系統(tǒng)切換至原模式運(yùn)行，此時(shí)精密空調(diào)控制系統(tǒng)停止工作，由原精密空調(diào)獨(dú)立工作，空調(diào)的所有控制由空調(diào)自身控制器完成。當(dāng)選擇開關(guān)切換至節(jié)能模式位置時(shí)，系統(tǒng)切換至節(jié)能模式運(yùn)行，此時(shí)節(jié)能柜根據(jù)空調(diào)的回風(fēng)溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)的冷量輸出。當(dāng)精密空調(diào)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，選擇開關(guān)將自動(dòng)切換至原模式運(yùn)行時(shí)。

2.3 節(jié)能效果分析

精密空調(diào)控制系統(tǒng)完成節(jié)能改造后，顯性的變化主要包括以下三方面：

（1）空調(diào)耗電功率明顯下降。改造前，空調(diào)制冷量與機(jī)房IT設(shè)備熱負(fù)載的不平衡，導(dǎo)致空調(diào)壓縮機(jī)頻繁停機(jī)，由于機(jī)房溫度波動(dòng)幅度大，也會(huì)導(dǎo)致空調(diào)的電加熱頻繁啟動(dòng)，引起較大的能耗浪費(fèi)；改造后，可以有效減少壓縮機(jī)停機(jī)及電加熱的啟動(dòng)次數(shù)，能耗得到有效利用，空調(diào)效率得到提高，耗電量明顯下降，平均每小時(shí)可降低3.5千瓦的功耗。（2）機(jī)房溫度更穩(wěn)定。因制冷空調(diào)制冷量大于機(jī)房設(shè)備IT負(fù)載，空調(diào)將通過停止壓縮機(jī)的方式，必然導(dǎo)致機(jī)房溫度波動(dòng)，正常為設(shè)定點(diǎn)的±3℃；通過控制系統(tǒng)的介入控制，制冷量根據(jù)實(shí)際熱負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)，機(jī)房溫度更穩(wěn)定，波動(dòng)幅度為±0.5℃，實(shí)現(xiàn)冷熱平衡。（3）中心機(jī)房更加綠色環(huán)保。經(jīng)估算，按照我院北京西路院區(qū)中心機(jī)房UPS16%的負(fù)載量，完成精密空調(diào)控制系統(tǒng)改造后，PUE值可從1.79降低至約1.65。我院中心機(jī)房精密空調(diào)平均每小時(shí)可降低3.5千瓦的功耗，每年大約可為我院節(jié)約2.7萬(wàn)元的電費(fèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

使用精密空調(diào)控制系統(tǒng)既能使中心機(jī)房的溫度更加穩(wěn)定，也達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目的，還產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，相信隨著中心機(jī)房?jī)?nèi)新設(shè)備的陸續(xù)啟用，控制系統(tǒng)的作用會(huì)更加明顯。目前國(guó)內(nèi)在中心機(jī)房?jī)?nèi)使用精密空調(diào)控制系統(tǒng)的案例還不多，綜合以上的分析我認(rèn)為精密空調(diào)控制系統(tǒng)是值得大力推廣的。

隨著綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心概念的深入人心，建設(shè)具有節(jié)能環(huán)保特色的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)貫穿于數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的全生命周期，針對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗大戶的制冷系統(tǒng)，已經(jīng)普遍應(yīng)用的如改進(jìn)送風(fēng)方式、冷熱通道布局、冷熱通道隔離、室外自然冷源引入、雨水應(yīng)用等技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮很大的作用，相信精密空調(diào)智能控制系統(tǒng)必然會(huì)為智慧醫(yī)院、綠色醫(yī)院的建設(shè)添磚加瓦，為醫(yī)療信息化的物理基礎(chǔ)提供有力保障。

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